近年來，基於(yu) 數字化設計製造技術和激光跟蹤儀(yi) 數字化測量係 統，采用數字化標準工裝（DAM）取代實物標準工裝作為(wei) 飛機製造過程中新的協調方法，在航空製造企業(ye) 已經得到了廣泛的應用[1-3]。采用激光跟蹤儀(yi) 測量 係統對裝配工裝進行準確定位安裝前，需要對激光跟蹤儀(yi) 設站進行優(you) 化，以避免反複調整激光跟蹤儀(yi) 的放置位置，提高工作效率。由於(yu) 裝配型架結構複雜、尺寸較 大、定位件數量眾(zhong) 多，激光跟蹤儀(yi) 測量過程中光學目標點（OPT）也相當多，光學路徑很容易被定位件、夾具或支撐結構遮擋，因此，如何基於(yu) 數字化裝配技術對激光跟蹤儀(yi) 光學路徑進行幹涉分析，以提高激光跟蹤儀(yi) 的測量精度與(yu) 效率，已經成為(wei) 亟需研究的問題。

　　本課題在自主開發的定位件光學目標點數字化設計係統[4]的前期基礎上，對激光跟蹤儀(yi) 光學路徑幹涉檢測方法作了進一步的研究，並基於(yu) CATIA二次開發技術， 針對裝配型架的數字化模型，實現了對激光跟蹤儀(yi) 光學路徑幹涉問題的快速分析與(yu) 預測。

　　數字化測量安裝技術

　　基於(yu) 激光跟蹤儀(yi) 的工裝數字化測量與(yu) 安裝技術主要包括4個(ge) 係統：數字化建模與(yu) 裝配、光學目標點數字化設計、激光跟蹤儀(yi) 設站優(you) 化[5]及激光跟蹤儀(yi) 數字化測量（見圖1）。

　 　基於(yu) CATIA V5三維平台的飛機裝配工裝數字化建模與(yu) 預裝配係統主要用於(yu) 實現數字化標準工裝的建立與(yu) 預裝配，是數字化測量安裝的基礎技術平台。光學目標點數字化設計係 統采用“偏置定位件輪廓-離散化偏置輪廓-遍曆計算尋優(you) ”的基本方法，在工裝模型中快速進行光學目標點的合理設置，並可輸出OTP點的坐標數據。激光跟蹤 儀(yi) 設站優(you) 化係統對可放置區域離散化處理，根據設站原則采用遺傳(chuan) 算法進行快速尋優(you) 求解。激光跟蹤儀(yi) 測量係統對某一空間運動點進行靜態或動態的跟蹤，以獲取光學目標點的空間坐標。在裝配工裝製造過程中，根據設站優(you) 化係統獲得激光跟蹤儀(yi) 最佳放置位置，然後進行數字化測量與(yu) 安裝。

激光跟蹤儀(yi) 是一種多學科綜合應用的大尺寸工業(ye) 測量儀(yi) 器，其測量精度主要受測角和測距的精度以及環境的影響，如圖2所示。建立相應的技術操作規範，每次使用測量之前，應對儀(yi) 器進行現場檢查，判斷當時的測量條件，並定期實施校準。

　 　值得注意的是，飛機裝配型架具有結構相當複雜、尺寸比較大、夾具和定位件數量眾(zhong) 多、光學目標點數量為(wei) 幾十或上百個(ge) 等特點，在實際測量過程中，激光跟蹤儀(yi) 與(yu) 光學目標點之間的光學路徑往往容易被型架零件遮擋，這時就需要反複調整激光跟蹤儀(yi) 的放置位置，重新設定並轉換測量坐標係，極大地影響了裝配型架測量安裝 的整體(ti) 精度，工作效率也大為(wei) 降低。因此，如何在激光跟蹤儀(yi) 安裝測量之前，提前對激光跟蹤儀(yi) 光學路徑的通暢性進行分析與(yu) 檢測，成為(wei) 實際工作中困擾工裝製造人 員的一個(ge) 重要難題。隨著數字化標準工裝技術的深入應用，通過數字化技術，本課題基於(yu) 型架三維裝配模型，在激光跟蹤儀(yi) 與(yu) 光學目標點之間建立光學路徑等效幾何 微體(ti) ，並采用靜態幹涉分析的辦法，對光學路徑進行快速分析與(yu) 預測。

　　光學路徑幹涉分析

　　1　幹涉分析的基本原理

　　碰撞檢測（也稱為(wei) 幹涉分析）存在靜態檢測與(yu) 動態檢測，對於(yu) 本課題中的激光跟蹤儀(yi) 光學路徑檢測，屬於(yu) 靜態檢測範圍，相對比較容易。目前，碰撞檢測方法主要分為(wei) 空間分解法和包圍盒層次法等兩(liang) 大類[6]。

　　空間分解法采用“空間分解”的方法，將建模空間分解為(wei) 體(ti) 積很小的標準單元體(ti) ，對占據同一單元體(ti) 或相鄰單元體(ti) 中的CAD模型進行相交檢測。該方法具有存儲(chu) 量大、靈活性較差等不足，應用不如包圍盒層次法廣泛。

包圍盒層次法采用了“樹狀層次結構”的方法，采用體(ti) 積略大且幾何形狀簡單的包圍盒逼近複雜的CAD模型，如圖3所示，對包圍盒進行求交運算，快速排除不相交部分，並且進一步細化包圍盒重疊部分，從(cong) 而在實時性與(yu) 精確性之間達到平衡。

　　2　光學路徑幹涉分析方法

　　一般而言，基於(yu) 定位件光學目標點數字化設計係統在型架裝配模型中建立OTP點以後，通過在激光跟蹤儀(yi) 數據點與(yu) 所有OTP點之間建立線段，通過人工觀察設站位置進行直觀的合理性判斷，顯然，這種方法很難快速得到正確結果。

　 　為(wei) 此，本課題采用了以下辦法：（1）采用進程外應用方式[7]，運用GetObject方法將CATIA作為(wei) 一個(ge) 對象連接與(yu) 嵌入（Object Linking and Embedding, OLE），調用給VB程序應用；（2）利用VB程序的循環語句控製CATIA中的內(nei) 部函數，在所有的OTP點與(yu) 激光跟蹤儀(yi) 數據點之間建立線段，並以線段為(wei) 中心軸，生成一個(ge) 截麵積很小（本係統中為(wei) 0.01mm2）的圓柱體(ti) 以等效代替光線，該步程序內(nei) 部流程見圖4；（3）利用CATIA V5電子樣機（Digital Mock-Up, DMU）模塊中的空間分析（Space Analysis）功能，選擇圓柱體(ti) 與(yu) 型架模型進行幹涉分析，並返回檢測結果。這個(ge) 功能的具體(ti) 流程見圖5。

3　功能的開發與(yu) 應用

　 　基於(yu) 光學目標點數字化設計係統建立合理的OTP點之後，需要進行激光跟蹤儀(yi) 的設站工作，采用激光跟蹤儀(yi) 設站優(you) 化係統對設站數據點進行求解尋優(you) 前，需要輸 入OTP的三維空間坐標，由於(yu) OTP點數量很多，依靠人工讀取效率很低，為(wei) 此，本課題開發了大量數據點的導出功能，選取相應的數據點，輸出的數據如表1所 示。

在激光跟蹤儀(yi) 設站位置的優(you) 化過程中，工裝製造人員可能對導出的OTP數據表，根據實際需要添加、刪除少量OTP，或更改其坐標數據，設站優(you) 化完成以後， 在導入上述修改後的OTP坐標數據表。本課題在光學目標點數字化設計係統的基礎上開發了激光跟蹤儀(yi) 光學路徑幹涉檢測功能。以某簡單型架的CAD模型為(wei) 例， 輸入數據表創建OTP點，進行了實際操作應用，結果如圖6所示。

　　結束語

　 　基於(yu) 激光跟蹤儀(yi) 測量係統的裝配型架數字化安裝製造技術，極大地提高了工裝的製造精度，為(wei) 生產(chan) 合格的裝配產(chan) 品提供了前提保障，同時也對裝配工裝測量安裝過 程提出了更精確的控製要求。在以前的定位安裝的實際工作過程中，對激光跟蹤儀(yi) 放置位置往往依賴於(yu) 個(ge) 人直覺和大量經驗，反複進行調試，以致測量精度和效率受 到了嚴(yan) 重的影響。#p#分頁標題#e#

　　在激光跟蹤儀(yi) 放置位置的設計過程中，激光跟蹤儀(yi) 設站優(you) 化係統為(wei) 型架安裝人員提供了快速、科學的指導，提高了工作效率。針對激光跟蹤儀(yi) 與(yu) 光學目標點之間光學路徑通暢性的早期檢測，以提前排除不合理的位置數據點，避免實 際操作過程中的反複調試，本課題基於(yu) CATIA的幹涉分析功能，提出了激光跟蹤儀(yi) 光學路徑的幹涉分析方法，為(wei) 解決(jue) 工裝製造工程實踐中激光跟蹤儀(yi) 測量係統的 應用問題提供了一種更有效的快速分析與(yu) 檢測辦法。

參考文獻
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